Quantum Hall effect in a strongly disordered system

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WEISS, Markus, 2004. Quantum Hall effect in a strongly disordered system [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz

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Weiss, Markus deposit-license 2011-03-24T17:54:55Z 2004 application/pdf Quantum Hall effect in a strongly disordered system Thema dieser Arbeit ist der Quanten-Hall Effekt, den wir in einer neuartigen, stark ungeordneten Halbleiterschichtstruktur beobachten konnten. In dieser rein GaAs-basierten Struktur ist ein zweidimensionales Elektronengas mit einer Mobilität um 2000 cm^2/Vs und einer mittleren freien Weglänge von etwa 20 nm realisiert. Wir haben eine Reihe von Proben mit Dicken d der leitenden Schicht von d=27 nm bis 50 nm hergestellt. Für d=27, 30 nm ergaben sich Systeme, die in schwachen Magnetfeldern isolierendes Verhalten zeigten; in stärkeren Magnetfeldern konnte trotzdem eine unvollständig ausgebildete Quanten-Hall Phase beobachtet werden. Nur in Proben mit d>=34 nm konnten wir einen voll ausgebildeten Quanten-Hall Effekt, mit einem perfekt flachen Plateau bei \rho_{xy}=h/2e^2 messen.<br />Wir konnten zeigen, daß für den Elektronentransport im Bereich des Quanten-Hall Plateaus Variable-Range-Hopping in einem Coulomb-Gap verantwortlich ist. Der gemessene Hopping-Exponent p=0.6, der etwas von dem theoretischen Wert von p=0.5 abweicht, konnte durch die Annahme einer Abhängigkeit der Lokalisierungslänge von der Energie des Elektrons im Coulomb-Gap erklärt werden.<br />Im Zusammenhang mit der Entwicklung des Quanten-Hall Effekts mit abnehmender Temperatur konnten wir das sogennante "Flußdiagramm" des Quanten-Hall Effekts, einer Auftragung der Längsleitfähigkeit \sigma_{xx} gegen die Hall-Leitfähigkeit \sigma_{xy} experimentell verifizieren. Hierzu wurden die Leitfähigkeiten bei fixem Magnetfeld in Abhängigkeit von der Temperatur gemessen. Die Auftragung dieser experimentellen "Flußlinien" stimmt gut mit den Vorhersagen einer neuen Theorie, die auf Symmetrieeigenschaften des Phasenübergangs zwischen zwei Quanten-Hall-Plateaus basiert, überein.<br />Gegenstand eines zweiten Projekts war die Untersuchung eines neuartigen, primären Thermometers, das auf dem Effekt der Coulomb-Blockade basiert, bezüglich seiner Anwendbarkeit in hohen Magnetfeldern und bei tiefen Temperaturen. Wir konnten zeigen, daß dieses "Coulomb-Blockade Thermometer" auch in Magnetfeldern von B=28 T und bei Temperaturen von T=50 mK magnetfeldunabhängige Resultate liefert. Quanten-Hall-Effekt in einem stark ungeordneten System Weiss, Markus eng 2011-03-24T17:54:55Z

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